ISO 13175-3:2012
(Main)Implants for surgery — Calcium phosphates — Part 3: Hydroxyapatite and beta-tricalcium phosphate bone substitutes
Implants for surgery — Calcium phosphates — Part 3: Hydroxyapatite and beta-tricalcium phosphate bone substitutes
1 Scope This part of ISO 13175 specifies requirements for monophasic hydroxyapatite bone substitutes, monophasic β-tricalcium phosphate bone substitutes and biphasic hydroxyapatite/β-tricalcium phosphate bone substitutes in the form of blocks or granules. This part of ISO 13175 is not applicable to cell-seeded bone void fillers, calcium phosphate cements or bone void fillers containing materials other than hydroxyapatite and β-tricalcium phosphate.
Implants chirurgicaux — Phosphates de calcium — Partie 3: Substituts osseux à base d'hydroxyapatite et de phosphate tricalcique bêta
1 Domaine d'application La présente partie de l'ISO 13175 spécifie les exigences applicables aux substituts osseux monophasiques à base d'hydroxyapatite ou de phosphate tricalcique β et aux substituts osseux biphasiques à base d'hydroxyapatite/de phosphate tricalcique β sous forme de bloc ou granulés. Elle ne s'applique pas aux produits de comblement osseux ensemencés en cellules, ni aux ciments de phosphate de calcium, ni aux produits de comblement osseux contenant d'autres matériaux que de l'hydroxyapatite et le phosphate tricalcique β.
General Information
Standards Content (Sample)
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 13175-3
First edition
2012-10-01
Implants for surgery — Calcium
phosphates —
Part 3:
Hydroxyapatite and beta-tricalcium
phosphate bone substitutes
Implants chirurgicaux — Phosphates de calcium —
Partie 3: Substituts osseux à base d’hydroxyapatite et de phosphate
tricalcique bêta
Reference number
©
ISO 2012
© ISO 2012
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Published in Switzerland
ii © ISO 2012 – All rights reserved
Contents Page
Foreword .iv
Introduction .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms, definitions and symbols . 1
3.1 Terms and definitions . 1
3.2 Symbols . 3
4 Requirements . 3
4.1 Trace elements . 3
4.2 Qualitative and quantitative determination of crystalline phases . 4
4.3 Form and shape . 5
4.4 Porosity . 5
4.5 Dissolution and pH change . 6
4.6 Measurement of material mechanical strength . 7
4.7 Test report .11
Bibliography .13
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.
The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International
Standards adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting.
Publication as an International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies
casting a vote.
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
ISO 13175-3 was prepared by Technical Committee ISO/TC 150, Implants for surgery, Subcommittee
SC 1, Materials.
ISO 13175 consists of the following parts, under the general title Implants for surgery — Calcium phosphates:
— Part 3: Hydroxyapatite and beta-tricalcium phosphate bone substitutes
iv © ISO 2012 – All rights reserved
Introduction
Hydroxyapatite and β-tricalcium phosphate synthetic bone substitutes are now considered as an
adequate alternative to autografts and allografts. Indeed, the synthetic origin of these devices guarantees
that no transmittable disease will contaminate the patient. Moreover, hydroxyapatite and β-tricalcium
phosphate have been shown to be osteoconductive which means that they will promote bone healing at
the surface of the material if implanted in a bone site (see References [6] and [7]). Biocompatibility of
hydroxyapatite and β-tricalcium phosphate is demonstrated by extensive literature (see Reference [8]).
The devices referred to in this part of ISO 13175 are of three types: synthetic monophasic hydroxyapatite
or β-tricalcium phosphate bone substitutes and biphasic hydroxyapatite/β-tricalcium phosphate bone
substitutes. The hydroxyapatite/β-tricalcium phosphate ratio influence the dissolution rate of the
material: the higher the β-tricalcium phosphate content, the higher the dissolution rate (see References
[9] to [11]).
The healing process into the bone substitutes is not only related to the material osteoconductive
potential, it is also related to the porosity structure (see References [12] to [16]). It is necessary that
macroporosities are large enough and interconnected for bone ingrowth to take place into the whole
volume of the implant. Porosities have also an influence on the resorption rate of the ceramic: the higher
the number of microporosities, the higher the dissolution rate (see Reference [14]).
As bone substitutes are not intended for bearing heavy loads, their mechanical properties are not
essential. However, most of the time blocks have to be reshaped by the surgeon to fit the shape of the
bone cavity. The bone substitute shall have sufficient mechanical properties to be machined.
INTERNATIONAL STANDARD ISO 13175-3:2012(E)
Implants for surgery — Calcium phosphates —
Part 3:
Hydroxyapatite and beta-tricalcium phosphate bone
substitutes
1 Scope
This part of ISO 13175 specifies requirements for monophasic hydroxyapatite bone substitutes,
monophasic β-tricalcium phosphate bone substitutes and biphasic hydroxyapatite/β-tricalcium
phosphate bone substitutes in the form of blocks or granules.
This part of ISO 13175 is not applicable to cell-seeded bone void fillers, calcium phosphate cements or
bone void fillers containing materials other than hydroxyapatite and β-tricalcium phosphate.
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated
references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced
document (including any amendments) applies.
ISO 2591-1, Test sieving — Part 1: Methods using test sieves of woven wire cloth and perforated metal plate
ISO 10993-1, Biological evaluation of medical devices — Part 1: Evaluation and testing within a risk
management process
1)
ISO 13320, Particle size analysis — Laser diffraction methods
ISO 13383-1, Fine ceramics (advanced ceramics, advanced technical ceramics) — Microstructural
2)
characterization — Part 1: Determination of grain size and size distribution
ISO 13779-3, Implants for surgery — Hydroxyapatite — Part 3: Chemical analysis and characterization of
crystallinity and phase purity
ISO 15901-1, Pore size distribution and porosity of solid materials by mercury porosimetry and gas
adsorption — Part 1: Mercury porosimetry
ISO 80000-1, Quantities and units — Part 1: General
3 Terms, definitions and symbols
3.1 Terms and definitions
For the purposes of this document, the following terms and definitions apply.
1) Replaces ISO 13320-1.
2) To be published.
3.1.1
α tricalcium phosphate
α-TCP
3)
chemical compound with a crystallographic structure characterized by ICDD PDF 09-0348
NOTE .1.to e. ntry: The chemical formula is Ca (PO ) .
3 4 2
3.1.2
β tricalcium phosphate
β-TCP
chemical compound with a crystallographic structure characterized by ICDD PDF 09-0169
NOTE 1 to entry: The chemical formula is Ca (PO ) .
3 4 2
3.1.3
bone substitute
device intended to fill bony voids or gaps caused by trauma or surgery
3.1.4
hydroxyapatite
HA
chemical compound with a crystallographic structure characterized by ICDD PDF 09-0432 or
ICDD PDF 72-1243
NOTE 1 to entry: The chemical formula is Ca (PO ) (OH) .
10 4 6 2
3.1.5
interconnected pore
pore which communicates with one or more other pores
3.1.6
macropore
pore with one of its dimensions larger than 10 μm
3.1.7
micropore
pore with no dimension larger than 10 μm
3.1.8
porosity
ratio of total pore volume to apparent volume of the block or granule
3.1.9
tetracalcium phosphate
TTCP
chemical compound with a crystallographic structure characterized by ICDD PDF 25-1137 or
ICDD PDF 70-1379
NOTE 1 to entry: The chemical formula is Ca (PO ) O.
4 4 2
3.1.10
osteoconductive material
material with the ability to serve as a scaffold on which bone cells can attach, migrate (meaning move
or “crawl”), and grow and divide
NOTE 1 to entry: Osteoconductivity is a passive property.
3) International Centre for Diffraction Data Powder Diffraction File.
2 © ISO 2012 – All rights reserved
3.1.11
calcium oxide
CaO
chemical compound with a crystallographic structure characterized by ICDD PDF 4-0777 or
ICDD PDF 82-1690
3.1.12
β-tricalcium phosphate density
d
βTCP
−3
theoretical density of dense β-tricalcium phosphate, equal to 3,07 g cm
3.1.13
hydroxyapatite density
d
HA
−3
theoretical density of dense hydroxyapatite, equal to 3,15 g cm
3.2 Symbols
d bulk density of the synthetic bone substitute
r
d theoretical density of the synthetic bone substitute
th
m mass of the synthetic bone substitute
V volume of the synthetic bone substitute
4 Requirements
4.1 Trace elements
The limits of specific trace elements for hydroxyapatite and β-tricalcium phosphate bone substitutes
are given in Table 1.
Either inductively coupled plasma/atomic emission spectrometry (ICP/AES), inductively coupled
plasma/mass spectroscopy (ICP/MS), atomic absorption spectroscopy (AAS), or the method specified
in ISO 13779-3 shall be used to quantify trace elements. The method used shall be specified.
Table 1 — Limits of specific trace elements
Maximum limit
Element
mg/kg
Arsenic 3
Cadmium 5
Mercury 5
Lead 30
Heavy metals 50
Method 1 of the United States Pharmacopeia “Heavy metals <231>” should be used to quantify heavy
metals. It is also possible to use one of the methods described above for the quantification of trace
elements to assess the heavy metal content by considering that the total amount of heavy metals is the
sum of the following elements: lead, mercury, bismuth, arsenic, antimony, tin, cadmium, silver, copper
and molybdenum. The method used shall be specified.
Any impurity with a ratio of more than 1 000 mg/kg shall be identified, quantified and its influence
on bone healing shall be assessed. The influence of this impurity on biocompatibility shall be assessed
according to ISO 10993-1.
Any additional additive shall be identified, quantified and its influence on bone healing and
biocompatibility shall be justified or assessed in accordance with ISO 10993-1.
4.2 Qualitative and quantitative determination of crystalline phases
4.2.1 General
Composition and phase purity shall be controlled by the quantification of the phases by X-ray diffraction
(XRD) in accordance with ISO 13779-3.
4.2.2 Hydroxyapatite monophasic bone substitutes
Hydroxyapatite mass fraction shall be not less than 95 % of the crystalline phases. The CaO mass fraction
shall be not more than 1 % of the crystalline phases.
Hydroxyapatite mass fraction is calculated according to Formula (1):
MF =−100% MF −−MF MF −MF (1)
HA βαTCPTCP TTCPCaO
where
MF is the mass fraction of crystalline HA;
HA
MF is the mass fraction of crystalline β-TCP;
βTCP
MF is the mass fraction of crystalline α-TCP;
αTCP
MF is the mass fraction of crystalline TTCP;
TTCP
MF is the mass fraction of crystalline CaO.
CaO
The mass fraction of any phase shall be considered as zero if its value is under the detection threshold.
4.2.3 Biphasic bone substitutes
The ratio between hydroxyapatite and β-tricalcium phosphate shall be specified with a tolerance of
± 5 % (absolute) of the mass fraction of crystalline phases.
EXAMPLE A composition of 60 % HA and 40 % TCP means that the composition can
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 13175-3
Première édition
2012-10-01
Implants chirurgicaux — Phosphates
de calcium —
Partie 3:
Substituts osseux à base
d’hydroxyapatite et de phosphate
tricalcique bêta
Implants for surgery — Calcium phosphates —
Part 3: Hydroxyapatite and beta-tricalcium phosphate bone substitutes
Numéro de référence
©
ISO 2012
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Tel. + 41 22 749 01 11
Fax + 41 22 749 09 47
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Publié en Suisse
ii © ISO 2012 – Tous droits réservés
Sommaire Page
Avant-propos .iv
Introduction .v
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes, définitions et symboles . 1
3.1 Termes et définitions . 1
3.2 Symboles . 3
4 Exigences . 3
4.1 Éléments traces . 3
4.2 Détermination qualitative et quantitative des phases cristallines . 4
4.3 Taille et forme . 5
4.4 Porosité . 5
4.5 Dissolution et variation de pH . 7
4.6 Mesurage de la résistance mécanique des matériaux . 7
4.7 Appareillage, échantillonnage et éprouvette . 8
4.8 Rapport d’essai .11
Bibliographie .13
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes
nationaux de normalisation (comités membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l’ISO participent également aux travaux.
L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne
la normalisation électrotechnique.
Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives
ISO/CEI, Partie 2.
La tâche principale des comités techniques est d’élaborer les Normes internationales. Les projets de
Normes internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote.
Leur publication comme Normes internationales requiert l’approbation de 75 % au moins des comités
membres votants.
L’attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable de
ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.
L’ISO 13175-3 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 150, Implants chirurgicaux, sous-comité
SC 1, Matériaux.
L’ISO 13175 comprend les parties suivantes, présentées sous le titre général Implants chirurgicaux —
Phosphates de calcium:
— Partie 3: Substituts osseux à base d’hydroxyapatite et de phosphate tricalcique β
Les parties suivantes sont en cours d’élaboration:
— Partie 1: Poudres d’hydroxyapatite
iv © ISO 2012 – Tous droits réservés
Introduction
Les substituts osseux synthétiques en hydroxyapatite et phosphate tricalcique β sont désormais
considérés comme des alternatives acceptables aux autogreffes et allogreffes. L’origine synthétique de
ces dispositifs garantit qu’aucune maladie transmissible ne viendra contaminer le patient. Par ailleurs, il
a été démontré que l’hydroxyapatite et le phosphate tricalcique β sont ostéoconducteurs, ce qui signifie
qu’ils favorisent la cicatrisation osseuse en surface du matériau lorsqu’ils sont implantés dans un site
osseux (voir Références [6] et [7]). La biocompatibilité de l’hydroxyapatite et du phosphate tricalcique β
est par ailleurs largement démontrée dans la littérature (voir Référence [8]).
Les dispositifs traités dans la présente partie de l’ISO 13175 sont de trois types: des substituts osseux
synthétiques monophasiques à base d’hydrox yapatite ou de phosphate tricalcique β et des substitut s osseux
biphasiques à base d’hydroxyapatite/de phosphate tricalcique β. Le rapport hydroxyapatite/phosphate
tricalcique β influence la vitesse de dissolution du matériau. Plus la teneur en phosphate tricalcique β est
importante, plus la vitesse de dissolution est élevée (voir Références [9] à [11]).
Le processus de guérison dans les substituts osseux ne dépend pas uniquement du potentiel
ostéoconducteur du matériau, mais aussi de la structure des porosités (voir Références [12] à [16]). Pour
que la croissance osseuse se fasse dans tout le volume de l’implant, il est essentiel que les macroporosités
soient assez grosses et interconnectées. Les porosités ont également une influence sur la vitesse de
résorption de la céramique: plus le nombre de microporosités est élevé, plus cette vitesse est grande (voir
Référence [14]).
Les substituts osseux n’étant pas conçus pour supporter de lourdes charges, leurs propriétés mécaniques
ne sont pas essentielles. Cependant, la plupart des produits sous forme de blocs doivent être retravaillés
par le chirurgien pour s’adapter à la forme de la cavité osseuse. Les substituts osseux doivent par
conséquent disposer de propriétés mécaniques permettant de les travailler.
NORME INTERNATIONALE ISO 13175-3:2012(F)
Implants chirurgicaux — Phosphates de calcium —
Partie 3:
Substituts osseux à base d’hydroxyapatite et de phosphate
tricalcique bêta
1 Domaine d’application
La présente partie de l’ISO 13175 spécifie les exigences applicables aux substituts osseux monophasiques
à base d’hydroxyapatite ou de phosphate tricalcique β et aux substituts osseux biphasiques à base
d’hydroxyapatite/de phosphate tricalcique β sous forme de bloc ou granulés.
Elle ne s’applique pas aux produits de comblement osseux ensemencés en cellules, ni aux ciments de
phosphate de calcium, ni aux produits de comblement osseux contenant d’autres matériaux que de
l’hydroxyapatite et le phosphate tricalcique β.
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l’application du présent document. Pour
les références datées, seule l’édition citée s’applique. Pour les références non datées, la dernière édition
du document de référence s’applique (y compris les éventuels amendements).
ISO 2591-1, Tamisage de contrôle — Modes opératoires utilisant des tamis de contrôle en tissus métalliques
et en tôles métalliques perforées
ISO 10993-1, Évaluation biologique des dispositifs médicaux — Partie 1: Évaluation et essais au sein d’un
processus de gestion du risque
1)
ISO 13320, Analyse granulométrique — Méthodes par diffraction laser
ISO 13383-1, Céramiques techniques — Caractérisation microstructurale — Partie 1: Détermination de la
2)
grosseur du grain et de la distribution granulométrique
ISO 13779-3, Implants chirurgicaux — Hydroxyapatite — Partie 3: Analyse chimique et caractérisation de
la cristallinité et de la pureté de phase
ISO 15901-1, Distribution des dimensions des pores et porosité des matériaux solides par porosimétrie au
mercure et par adsorption de gaz — Partie 1: Porosimétrie au mercure
ISO 80000-1, Grandeurs et unités — Partie 1: Généralités
3 Termes, définitions et symboles
3.1 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions suivants s’appliquent.
1) Annule et remplace l’ISO 13320-1:1999.
2) À publier.
3.1.1
phosphate tricalcique α
TCP α
3)
composé chimique dont la structure cristallographique est caractérisée par l’ICDD PDF 09-0348
NOTE 1 à l’entrée: Sa formule chimique est Ca (PO ) .
3 4 2
NOTE 2 à l’entrée: L’ICDD PDF est le fichier de diffraction de poudre du Comité international pour les données
de diffraction.
3.1.2
phosphate tricalcique β
TCP β
composé chimique dont la structure cristallographique est caractérisée par l’ICDD PDF 09-0169
NOTE à l’entrée: Sa formule chimique est Ca (PO ) .
3 4 2
3.1.3
substitut osseux
dispositif destiné à combler les vides ou interstices osseux résultants d’un traumatisme ou d’une
intervention chirurgicale
3.1.4
hydroxyapatite
HA
composé chimique dont la structure cristallographique est caractérisée par l’ICDD PDF 09-0432 ou
l’ICDD PDF 72-1243
NOTE à l’entrée: Sa formule chimique est Ca (PO ) (OH) .
10 4 6 2
3.1.5
pore interconnecté
pore communiquant avec un ou plusieurs autres pores
3.1.6
macropore
pore dont l’une des dimensions dépasse 10 µm
3.1.7
micropore
pore dont aucune dimension ne dépasse 10 µm
3.1.8
taux de porosité
rapport du volume total des pores sur le volume apparent du produit sous forme de bloc ou de granulé
3.1.9
phosphate tétracalcique
TTCP
composé chimique dont la structure cristallographique est caractérisée par l’ICDD PDF 25-1137 ou
l’ICDD PDF 70-1379
NOTE à l’entrée: Sa formule chimique est Ca (PO ) O.
4 4 2
3.1.10
matériau ostéoconducteur
matériau apte à servir de support sur lequel les cellules osseuses peuvent se fixer, migrer, croître et se diviser
NOTE à l’entrée: L’ostéoconduction est une propriété passive.
3) International Centre for Diffraction Data Powder Diffraction File.
2 © ISO 2012 – Tous droits réservés
3.1.11
oxyde de calcium
CaO
composé chimique dont la structure cristallographique est caractérisée par l’ICDD PDF 4-0777 ou
l’ICDD PDF 82-1690
3.1.12
masse volumique du phosphate tricalcique β
d
βTCP
masse volumique théorique du phosphate tricalcique β dense, égale à 3,07 g/cm
3.1.13
masse volumique de l’hydroxyapatite
d
HA
masse volumique théorique de l’hydroxyapatite dense, égale à 3,15 g/cm
3.2 Symboles
d masse volumique apparente du substitut osseux synthétique
r
d masse volumique théorique du substitut osseux synthétique
th
m masse du substitut osseux synthétique
V volume du substitut osseux synthétique
4 Exigences
4.1 Éléments traces
Les tolérances concernant certains éléments traces pour les substituts osseux en hydroxyapatite et
phosphate tricalcique β sont données dans le Tableau 1.
La quantification de ces éléments traces doit se faire soit par spectrométrie d’émission atomique avec
plasma à couplage inductif (ICP/SEA), soit par spectroscopie de masse avec plasma à couplage inductif
(ICP/MS), soit par spectroscopie d’absorption atomique (SAA), soit par la méthode spécifiée dans
l’ISO 13779-3. La méthode utilisée doit être spécifiée.
Tableau 1 — Limites pour certains éléments traces
Limite maximale
Élément
mg/kg
arsenic 3
cadmium 5
mercure 5
plomb 30
métaux lourds 50
Il convient de quantifier les métaux lourds par la méthode 1 de la pharmacopée Américaine: «Heavy
metals <231>». Il est également possible d’utiliser l’une des méthodes décrites ci-dessus pour quantifier
les éléments traces afin d’évaluer la teneur en métaux lourds, en considérant que la teneur totale en
métaux lourds est égale à la somme des éléments suivants: plomb, mercure, bismuth, arsenic, antimoine,
étain, cadmium, argent, cuivre et molybdène. La méthode utilisée doit être précisée.
Toute impureté dont la concentration dépasse 1 000 mg/kg doit être identifiée, quantifiée et son influence
sur la cicatrisation osseuse doit être évaluée. L’impact de cette impureté sur la biocompa
...
Questions, Comments and Discussion
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